生物用鈦合金的疲勞試驗方法研究

關(guān)于生物用金屬材料在生物體環(huán)境下的疲勞或者腐蝕疲勞的研究的學(xué)術(shù)性在深化的同時，斷裂工藝的復(fù)雜性也在增加，還存在許多未解的研究領(lǐng)域。在目前的生物環(huán)境下的疲勞試驗方法都是在研究室獨自進(jìn)行的。
     本課題探討了關(guān)于生物用鈦合金的疲勞腐蝕、耐磨性、細(xì)胞的影響在內(nèi)的綜合性能。具體地說試料形狀、重復(fù)速度、荷重負(fù)載方法、模擬體液、pH及溶解氧濃度等的影響因素，同時驗證了試驗方法是否妥當(dāng)。

    2．實驗方法
    試樣采用的是大同特殊鋼制的Ti-6Al-4VELI合金（ASTM  F136）。疲勞試樣的形狀：標(biāo)間距為12mm、直徑為6mm的準(zhǔn)砂漏圓棒。疲勞試驗的條件：單軸拉伸負(fù)載下的頻率為10Hz，在正弦波下進(jìn)行。試驗溫度在用空調(diào)將室內(nèi)溫度調(diào)整到22℃下的實驗室的大氣環(huán)境下進(jìn)行。疲勞負(fù)載的重復(fù)次數(shù)是107次。
生物用鈦合金的疲勞試驗參數(shù)有：試樣的表面性質(zhì)、應(yīng)力比、缺口的有無、重復(fù)速度、荷重負(fù)載方法、模擬體液的種類及pH、溶解氧濃度的選擇，這些均是影響因素。這里只報告了試樣的表面性質(zhì)對疲勞特性的影響。關(guān)于表面性質(zhì)，采用機械加工狀的試樣表面與鏡面拋光2類材進(jìn)行了討論。

    3．結(jié)果
    采用接觸式表面粗糙度測量計對試料的縱向進(jìn)行表面粗糙測量的結(jié)果：鏡面拋光試樣的表面粗糙度與機械加工狀的材料相比，降到了一半以下。有這樣的表面粗糙度的試樣的拉伸強度試驗結(jié)果（應(yīng)力-變形曲線）：不論表面粗糙度如何，最大拉伸強度、延伸率等的結(jié)果是相同的，這說明表面性質(zhì)的不同，對拉伸特性沒有影響。
一方面，疲勞試驗的結(jié)果是比起機械加工狀材，鏡面拋光的試樣在各應(yīng)力水平下的重復(fù)次數(shù)增加。即，表面性質(zhì)對疲勞壽命的影響。重復(fù)次數(shù)增加的同時，裂紋的起點從表面的向內(nèi)部轉(zhuǎn)變，內(nèi)部裂紋的起始位置比起鏡面拋光材來，機械加工狀材在出現(xiàn)外側(cè)（靠近表面）。這是由于表面粗糙度的大的材中，在表面附近的應(yīng)力狀態(tài)高，對裂紋較敏感。即表面粗糙度伴隨的凹凸的程度促進(jìn)了裂紋的產(chǎn)生，裂紋紋理較大。因此，樣品數(shù)目的增加，裂紋起點與應(yīng)力分布的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)解析，這樣就明白了課題之一：表面性質(zhì)對疲勞特性的影響。

    4．結(jié)論
    本研究側(cè)重于生物用鈦合金的疲勞相關(guān)的各種條件，探討了綜合疲勞試驗方法及其特性。尤其是報告了試樣的表面性質(zhì)，即弄清了表面粗糙度對疲勞特性的影響。